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特斯拉的儲能攻勢

作者:中國儲能網新聞中心 來源:儲能100人 發布時間:2020-02-11 瀏覽:
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不管你是否承認,以傳統能源為主導的舊時代,開始結束了。一個以電動車、新能源、儲能相結合的新時代正在開啟。

在這個劇變的時代,英雄輩出,特斯拉無疑是其中的佼佼者。除了憑借一己之力重塑了汽車產業格局外,隨著垂直整合程度的加深,電動汽車的大規模量產也帶動了電池價格節節走低,特斯拉正不斷開拓業務邊界。

近日,特斯拉公布2019年財報,各項指標令人驚艷,帶動特斯拉市值一度突破1500億美元。聚光燈下,99%的目光會電動汽車吸引,但并不受外界關注的能源業務尤其是電池儲能系統同樣創造了新的記錄,全年裝機1.65GWh,同比增長接近60%,超過2017、2018年裝機總量之和。

1.65GWh什么概念?按照彭博新能源的預計,2019年全球電化學儲能新增裝機為10GWh左右,意味著特斯拉占據全球儲能的市場份額超過15%,在這個新興領域,特斯拉已成為名副其實的儲能巨頭。

特斯拉2016-2019年度光伏與儲能裝機量(單位MW、MWh)

事實上,特斯拉的儲能裝機仍低于預期的2GWh。一方面,全球頻發的儲能安全事故在一定程度上使全球儲能用戶和潛在用戶對鋰離子儲能系統產生了質疑;另一方面,自2018年年末到2019年年初,特斯拉電池的產能不足,為了給Model 3的產能讓路,儲能系統裝機量一直在低位徘徊。

如今,Model 3 生產已經步入正軌。2019年將成為特斯拉儲能業務的轉折點,從去年二季度開始,新的攻勢已然開始發動。

特斯拉CEO馬斯克曾在多個公開場合稱,特斯拉將把更多注意力放在太陽能和更廣泛的能源業務上,包括太陽能和儲能的能源業務最終可能會超過汽車業務。

從家庭儲能到公共事業

相對于汽車業務來說,特斯拉能源業務公眾認知度低了太多。特斯拉的能源布局主要分為兩部分,第一是儲能設備,第二是太陽能屋頂。

特斯拉進軍儲能蓄謀已久,2012年開始啟動開發儲能設備,三年之后,面紗終于揭開。2015年4月初,善于網絡營銷的馬斯克再次充分發揮自己“Twitter達人”的號召力,沒有任何配圖的文字卻成功了吊起了所有人的胃口。“特斯拉將在加州霍桑設計中心發布一款新產品,但不是一臺車”。

這就是當下人們熟知的能量墻powerwll和能量包powerback。能量墻為可充電的18650鋰離子電池,產品容量包括7KWh和10KWh兩種,而能量包則通過串并聯方式可提供100千瓦時以上的容量。

特斯拉的家庭儲能系統Powerwall

上線沒多久,特斯拉已經收到了超過3萬8千個訂單,這其中有超過2500個訂單來自對電力儲備有需求的企業。

為了更好地深入儲能領域,次年11月,特斯拉宣布以21億美元收購太陽能組件生產商和安裝商SolarCity,盡管這項收購被外界質疑,但馬斯克顯然有自己的謀劃:美國的高電價讓“戶用光伏+儲能”性價比突出,通過部署屋頂光伏來帶動儲能電池的安裝,Powerwall成為“電動車-光伏屋頂-儲能墻”這一離網系統能源戰略的關鍵一環。

收購SolarCity也是特斯拉由產品制造商轉變為服務提供商的最佳選擇,在SolarCity的方案里,用戶可以免費安裝一套由特斯拉提供的光伏設備,然后SolarCity會按照這套設備的發電量來收費,標準是15美分/kWh。然后,在接下來的為期20年的服務期限里,SolarCity有權每年以不高于2.9%的比例調高費率。

但SolarCity的發展并沒有預期那樣好,上述一系列的布局并未給太陽能光伏業務帶來正面影響,相反,該業務一直處于虧損狀態。更為懊惱的是,SolarCity的發展每況愈下,給特斯拉帶來了巨額的債務危機。

在特斯拉的太陽能電池板業務陷入困境之際,真正讓特斯拉儲能名聲大振的是在公共事業領域。在過去幾年中,特斯拉承擔了越來越大的儲能項目,這些項目的示范效應為特斯拉的儲能業務贏得了巨大的聲譽。

2015年波特蘭奇阿利索峽谷的一處天然氣井自發生天然氣泄漏事故造成電力短缺,為了彌補電力不足,加州要在六個月的時間內部署100兆瓦的儲能設備,特斯拉作為供應商之一,僅歷時88天完成了20MW/80MWh儲能項目的交付。

一年之后的南澳,特斯拉再次大顯身手,僅用時55天完成了100MW/129MWh的儲能部署,避免了當地電網因為支撐不起用電高峰的負荷而停電。

隨著氣候危機的緊迫性越來越明顯,儲能成為全球向可再生能源轉型的關鍵。事實證明,儲能的潛在市場不僅是家庭太陽能裝置的一部分,還應該包括大型公用事業公司。有基于此,特斯拉也在不斷調整自身的產品策略,重點向公用事業領域傾斜。2019年7月,特斯拉設計和生產了一種專門用于公用事業規模項目的新型儲能產品Megapack。

與Powerpack相比,Megapack擁有更大的容量和更高的集成度,Megapack占地空間少了40%,只需要十分之一的零部件。通過Megapack,特斯拉可以在不到3個月的時間內,在3英畝的土地上建設一座250 MW/1 GWh 的零排放發電廠,比同等規模的傳統化石燃料發電廠快4倍。

2019年第四季度開始部署3MWh的 Megapack電池儲能系統。特斯拉表示,自從該系統推出以來,全球開發商和公用事業公司對該系統的需求超出了預期。

強大的電池管理能力

與用在特斯拉電動汽車上的電池系統相同,所有的電池組件除了電芯部分,其它的都是由特斯拉從頭設計。讓特斯拉的電池系統與眾不同的也正是在于此,從電池管理系統到能量管理系統、冷卻系統和安全設備,這些是特斯拉的儲能設備可以保證每天一次循環、10年循環壽命的關鍵。

特斯拉選擇圓柱電池的最根本原因在于這種封裝形式的鋰電池已經有了超過20年的量產歷史,工藝已經相當成熟,一致性也是最高的。但圓柱電池的劣勢同樣非常明顯,即單體電芯的容量太小,一臺85KWh的電動車直接導致需要大量7000-8000顆18650電芯組成模組和電池包,造成連接損耗和管理的復雜程度都成幾何量級的增加。

特斯拉的公用事業儲能系統Megapack

在產品設計方面,特斯拉的電池包由多個電池組串聯而成,而每個電池組又由多節鋰電池并聯而成。整個電池組兩側由護板包圍,每節電池由單獨的保險絲連接,當一節電池溫度過高時,這節電池上的保險絲會自動熔斷以保護整個電池組。

自從Model S開始,特斯拉就采用了NCA為正極材料的電芯,與業界更加主流的高鎳NCM材料相比,NCA雖然能量密度更高,但是循環壽命更短,穩定性也更差,因此對BMS提出了更高的要求。

不同于鉛酸電池,鋰電池由于具有非線性的充放電曲線,造成不論是電芯或是電池包層面,監測、預估和管理的難度都大大增加。如果管理不當,個別電芯的過度充放電將引起永久性的電池損傷,造成整個電池系統電壓、溫度不穩定,嚴重的將導致熱失控事件。因此電池管理系統對電池容量、循環壽命和安全性均起著至關重要的作用。

瑞銀的拆解實驗顯示,得益于深度學習和人工智能的充分應用,特斯拉的BMS可以不斷獲得實際駕駛的大數據,然后對算法進行自我強化,從而使特斯拉電池組的續航時間相對更長。

在熱管理方面,為了讓電池有一個更好的工作環境,特斯拉所以巧妙地利用了一個轉換閥門,把加熱系統和冷卻系統連接在一起,并且可以實現無縫轉換,根據環境溫度的不同來選擇最佳的方案。當電池溫度超過設定目標值時,電池循環與電機循環相互獨立,采用并聯;電池溫度低于設定目標值時,電池循環與電機循環采取串聯,利用電機余熱為電池和座艙加熱,多余熱量將由進氣口的熱量交換器排放出去。

電池技術是特斯拉最引以為傲的優勢領域之一,即使在今天,特斯拉的電池管理技術水平仍舊要領先同行好幾年。市面上的多數電動汽車,在使用的4至8年內,電池容量會下降至80%以下,但大多數特斯拉的產品仍能保持在90%以上。

十多年來,特斯拉一直在非常深入地研究電池,不僅知道電芯應該是什么樣,而且知道如何將它整合到產品中。從專利數據顯示,電池系統相關專利占比超60%。特斯拉電池動力系統包括電池單體、電池管理系統(BMS)、熱量管理系統、冷卻管理等,其中電池單體占電池動力系統成本70%以上。

更高的能量密度、更低的電池成本一直是特斯拉追求的目標,2019年,特斯拉收購了以生產超級電容器而聞名Maxwell公司,特斯拉計劃將該公司的干電極技術用于自身的電池改進,這項技術能將電芯的能量密度提升至 300 Wh/kg 以上,未來有可能進一步增加至500 Wh/kg。相比特斯拉現有電芯,500 Wh/kg 的成績直接將能量密度翻番。

馬斯克近日在接受采訪時表示,特斯拉將在今年4月舉行的“特斯拉電池日”上公布一項令人信服的電池改進計劃,該計劃大概在“幾個月內”完成。

儲能業務下一步

馬斯克更愿意將特斯拉視為一家能源公司,而非一家電動汽車制造企業。2017年初,“特斯拉汽車”正式更名為“特斯拉”,從家庭光伏、儲能到電動汽車,各業務板塊不僅單獨來看具有各具前景,彼此之間也有很強的關聯,特斯拉正在嘗試完成能源生產、儲存與利用的閉環,通過一個個微電網,搭建分布式能源體系,朝著可再生能源提供者的方向全面發展。

從目前來看,光伏儲能業務雖然只占整體營收的零頭,但其所處的是一個潛力更大、可能性更多的市場。在浩浩蕩蕩的能源轉型大勢下,越來越多的企業開始使用可再生能源。The Climate Group數據顯示,包括遠景科技、晶科能源在內的全球已經有216家企業加入了RE 100計劃,這些企業在未來一段時間內將100%使用可再生能源。對于這些企業來說,實現100%的最好方式就是場內自建可再生能源設施,儲能電站必不可少,這就為包括特斯拉在內的儲能企業提供了充足的增量市場。

在美國本土,截至2018年底,電化學儲能并網量達1GW,占比4.3%。其中發電和輸配電側占比較高,當前,美國業界正在促使美國政府出臺針對儲能的投資稅抵免政策(ITC)。據Wood Mackenzie預計,如果獨立的儲能ITC政策出臺,到2024年每年儲能新增裝機量將達到5.1GW。

在戶用儲能方面,據美國加州能源委員會2018年頒布的建筑能效標準文件,從2020年1月1日開始,加利福尼亞州所有新房屋的建設都要求包含太陽能系統。馬斯克預計,特斯拉在北美每年的潛在訂單量是400萬個新的屋頂。

除美國本土的政策利好外,馬斯克對中國的看重由來已久,四次握手,絞盡腦汁想來中國建廠賣車,先是親自飛來上海上演馬式脫衣舞,又是喊話特斯拉未來的CEO有可能誕生在中國。

特斯拉在華的訴求非常明確:設立工廠、本土化運作提升效率,以剔除關稅之后更加純粹的產品競爭力在中國市場攻城略池。不出意外的話,特斯拉上海工廠將大幅采購來自LG化學南京工廠和寧德時代的電池,特斯拉的電池成本還會持續走低。

除了電動車,中國作為新能源的最大生產國和消費國,其儲能行業的發展也成為全球關注的焦點。根據特斯拉上海公司的工商資料顯示,經營范圍除了電動汽車、三電系統及電池管理外,儲能設備亦在其中。

此外,根據早前簽訂的中美第一階段經貿協議,中國可能會在今明兩年增加從美國進口能源儲存系統和零部件。業內認為,特斯拉有望成為其中的最大贏家。

根據彭博新能源財經的預計,不久的將來,中國將成為全球最大的儲能市場之一。隨著中國電池市場的開放,中國的儲能企業不僅面臨國內眾多的競爭對手,還將迎來大量的外資企業,從上游的動力電池到下游的電動車和儲能市場,2020年開始將迎來新的洗牌期,特斯拉將是不可忽視的重量級玩家之一。

憑借中國本土的供應鏈優勢以及自身的品牌與技術優勢,特斯拉在穩固電動車地位的同時,其儲能業務也有望迎來快速發展。全國工商聯汽車商會秘書長曹鶴在接受時代財經時表示,“特斯拉儲能產品可能會加快國內市場格局的重構。這兩三年內國家政策如沒有大的變化,恐怕特斯拉很快會成為第一。”

這并不是危言聳聽,特斯拉的雄心早已不止電動車,特斯拉一旦在本土開展儲能業務,一條巨大的鯰魚將攪渾儲能市場。中國儲能產業真的準備好了嗎?

關鍵字:特斯拉儲能

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